《建筑材料》-《建筑材料》-建筑材料4

项目3混凝土（1）

3.1混凝土概述

3.1.1混凝土的发展

3.1.2混凝土的定义与分类

1）定义广义：由胶凝材料、粗细骨料和水组成，必要时加入化学外加剂和矿物掺合料按适当比例配制搅拌成混凝土拌合物，经硬化后形成的人工石材。（砼）狭义：干表观密度为2000～2800kg/m3的水泥混凝土，即通常简称的“普通混凝土”2）分类按使用功能不同分为：结构混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、保温混凝土等；按胶凝材料不同分为：水泥混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土、水玻璃混凝土等；按体积密度不同分为：重混凝土（干表观密度大于2800kg/m3）、普通混凝土（干表观密度为2000kg/m3-2800kg/m3）和轻混凝土（干表观密度小于2800kg/m3）；按施工方法不同分为：现浇混凝土、预制混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土等。3.1.2混凝土的定义与分类3.1.3混凝土的特点优点：来源丰富、价格低；良好的可塑性；可根据需要配制；抗压强度高；与钢筋等黏结牢固；耐久性好；能耗低。缺点：抗拉、抗折强度低；自重大；质量波动大；韧性差；比强度小。3.2混凝土的组成材料水泥水砂（细骨料）石（粗骨料）外加剂：改善性能掺合料：改善性能、减少水泥用量，节约成本组成水泥浆，润滑、胶结作用占70%～

80%，填充、骨架作用3.2.1水泥1）品种选择通用水泥六大品种、专用水泥、特性水泥2）强度选择（1）中低强度砼：水泥标号一般为砼强度等级的1.5～2倍（2）高强度砼：水泥标号一般为砼强度等级的0.9～1.5

倍（也可根据实践经验参考已有资料进行选用）

3.2.2细骨料——砂1）定义粒径0.15～

4.75mm（或≤5mm）的岩石颗粒种类：河砂、山砂、海砂天然砂、人工砂（混合砂）粗砂、中砂、细砂、特细砂

Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类

2）混凝土用砂质量要求（粗细程度、颗粒级配；含泥量、泥块含量；有害物质含量；氯离子含量；坚固性；表观密度、堆积密度、空隙率等）（1）砂的粗细程度砂的粗细程度——不同粒径砂混合后的总体粗细程度细度模数表示：粗砂：3.7～

3.1；中砂：3.0～

2.3；细砂：2.2～

1.6；特细砂：1.5～

0.7（计算）（2）砂的颗粒级配砂的颗粒级配——不同粒径砂混合后的搭配情况

（尽量减少空隙）以级配区或级配曲线判定其合格性（宜优先选用Ⅱ区砂）（3）含泥量、泥块含量符合相关规范规定（4）氯离子含量钢筋砼不大于0.06%；预应力砼不大于0.02%

（5）砂的坚固性硫酸钠溶液循环洗5次，质量损失在允许范围内（6）表观密度、堆积密度、空隙率符合相关规范规定

3.2.3粗骨料——石1）定义粒径大于

4.75mm（或＞5mm）的岩石颗粒种类：卵石、碎石连续粒级、单粒粒级

Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类

3.2.3粗骨料——石2）混凝土用石质量要求（粗细程度、颗粒级配；含泥量、泥块含量；碎石、卵石强度检验；针、片状含量；坚固性；碱活性；表观密度、堆积密度、空隙率等）（1）石的粗细程度石的粗细程度——最大粒径表示（Dmax）

质量相同，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，同时在结构、施工和经济上进行综合考虑。

对混凝土用粗骨料的最大粒径同时在结构、施工和经济上进行综合考虑应满足：①最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。②泵送砼碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于等于1：3，卵石宜小于等于1：2.5③一般浇筑砼中石子最大粒径≤40mm，泵送砼一般Dmax≤31.5mm（2）石的颗粒级配石的颗粒级配——不同粒径石混合后的搭配情况

（尽量减少空隙）卵石和碎石的颗粒级配范围符合相关规范规定（分为连续粒级和单粒粒级）（3）含泥量、泥块含量符合相关规范规定（4）碎石、卵石强度检验压碎指标：（5）针、片状含量（符合相关规范规定）（6）坚固性：硫酸钠溶液循环洗5次，质量损失在允许范围内（7）碱活性：长期处于潮湿环境的重要结构砼应进行碱活性检验（8）表观密度、堆积密度、空隙率（符合相关规范规定）3.2.4水砼用水：砼拌合用水和砼养护用水的总称包括：饮用水、地表水、地下水、再生水、海水（需经处理）等（砼拌合水中物质含量限值需符合相关规范规定）

3.2.5混凝土的外加剂1）定义搅拌之前或拌制过程中加入，用以改善相关性能的材料2）发展与现状3）分类调节凝结、硬化时间；改善流变性；一个调节、三个改善：改善耐久性；改善其它性能。

4）常用种类减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂、防冻剂、速凝剂、泵送剂、防水剂、保塑剂等4.2.6矿物掺合料矿物外加剂：粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉等项目4普通混凝土拌合物的技术性质——和易性混凝土拌合物：尚未凝结硬化的4.1.1和易性的概念1）定义：在一定的施工条件下，混凝土拌和物易于施工操作，并能获得均匀密实混凝土的性质。包括：流动性、黏聚性、保水性2)三方面指标关系流动性黏聚性、保水性4.1普通混凝土拌合物的和易性4.1.2和易性的测定方法坍落度：坍落度实验测定扩展度：当坍落度＞220mm时维勃稠度：当坍落度≤10mm时4.1.3坍落度的选择需符合相关规范规定4.2影响砼和易性的因素及改善措施1）影响因素水泥浆的数量、水泥浆的稠度（水灰比或水胶比）、砂率、组成材料性质（水泥、骨料等）、外加剂、温度和时间2）改善措施调节黏聚性、保水性（如：砂石总量不变的情况下调整砂率）调节流动性（如：水灰比不变的情况下调整水泥浆用量）4.3普通混凝土的力学性质4.3.1混凝土的强度及强度等级

1）混凝土的强度外力作用下，抵抗破坏的能力

2）混凝土抗压强度压力作用下，单位面积上所能承受的最大应力（抵抗压力破坏的能力）

3）混凝土立方体抗压强度标准试块（150mm×150mm×150mm）在标养条件（温度20±2、湿度95%以上）下养护28d后测得的抗压强度。

4）混凝土立方体抗压强度标准值具有95%强度保证率的抗压强度，以fcu,k表示

5）混凝土的强度等级例C30：表示混凝土立方体抗压强度标准值为30MPa4.3.2混凝土轴心抗压强度

150mm×150mm×300mm棱柱体标准试块，标养28d后测得的抗压强度，以fck表示4.3.3混凝土抗拉强度在结构设计中不考虑，一般以fts表示。4.4影响混凝土强度的因素及提高强度措施1）影响因素（1）水泥的实际强度和水灰比（2）骨料的品种、规格和质量（3）养护条件

①温度和湿度②龄期③试验条件（试块不同尺寸强度换算系数见书表）（4）施工方法

2）提高强度的措施保证水泥强度和用量、控制水灰比、配料合理、掺加外加剂、保证施工工艺等4.5普通混凝土的耐久性及变形性能

4.5.1普通混凝土的耐久性1）相关指标：主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性等。

2）改善措施：合理选用水泥品种合理选用砂石骨料（质量优、级配良好）严格控制水灰比与水泥用量（要符合相关规定对最大水灰比和最小水泥用量的要求）减少用水量（通过掺入相关外加剂实现）混凝土施工中加强质量控制在混凝土结构表面做防护与表面处理4.5普通混凝土的耐久性及变形性能4.5.2混凝土的变形性能

1）非荷载作用下的变形（1）化学收缩（2）干湿变形（3）温度变形

2）荷载作用下的变形短期作用下的变形：弹性变形、塑性变形长期作用下的变形：徐变（消除应力集中，使应力重新分配）项目5普通混凝土配合比设计5.1混凝土配合比设计概述5.1.1混凝土配合比设计定义及表示方法1）混凝土配合比设计定义确定混凝土中各组成材料的数量或他们之间比例关系的工作。2）混凝土配合比的表示方法（1）以1m3混凝土中各种材料的质量表示。（2）以水泥的质量为1，其他各种材料与水泥质量之比表示。5.1.2混凝土配合比设计的原始资料及基本要求1）原始资料（1）环境对混凝土耐久性的要求；（2）掌握原材料的性能指标；（3）了解结构件钢筋配置情况；（4）了解混凝土使用部位。2）基本要求（1）和易性要求（2）强度等级要求（3）耐久性要求（4）降低成本要求3）混凝土配合比设计的三大参数（1）水胶比——W/B或（水灰比——W/C）（2）砂率——βs

（3）单位用水量——W5.1.3混凝土配合比设计计算步骤初步配合比（按公式表格计算）→基准配合比（试拌满足和易性）→试验室配合比（满足强度与耐久性要求）→施工配合比（按实际含水率调整）5.2初步配合比（1）确定配制强度

fcu,k

＜60时：fcu,o≥fcu,k+1.645δfcu,k≥60时：fcu,o≥1.15fcu,k

（δ计算或查经验表）（2）确定W/C或W/B

由鲍罗米公式得

↓

为保证砼耐久性，复核最大水灰比（3）用水量与外加剂用量干硬性、塑性砼→查经验表用水量不掺外加剂→按表坍落度每+20mm;水+5kg/m3

大流动性砼掺外加剂时：mw,a=mw,o（1－β）外加剂：ma,o=mb,o·βa（4）胶凝材料、矿物掺合料、水泥用量胶凝材料：矿物掺合料：mf,o=mb,o·Bf

水泥用量：mc,o=mb,o－mf,o↓

根据W/C与mw,o可求水泥用量:↓

根据耐久性，复核最少水泥用量（5）确定砂率坍落度＜10mm→试验坍落度10~60mm→查经验表坍落度＞60mm→试验或参照经验表（坍落度每加20mm，+1%砂率）（6）计算粗细骨料用量

mf,o+mc,o+mg,o+ms,o+mw,o=mc,p→（mc,p=2400kg）质量法

体积法确定初步配合比：

mc,o:ms,o:mg,o:mw,o=1:X0:Y0:Z0mf,o=M0;ma,o=N0;

5.3基准配合比

粘聚性、保水性→骨料不变调砂率根据和易性调整流动性W/B不变调水泥浆用量或砂石用量

mc,1:ms,1:mg,1:mw,1=1:X′:Y′:Z′mf,1=M′ma,1=N′3.试验室配合比水胶比±5%、砂率±1%

三组数据绘制：胶水比与强度对应图根据图线强度对应胶水比，确定配合比→校正

mc,2:ms,2:mg,2:mw,2=1:X〞:Y〞:Z〞

mf,2=M〞

ma,2=N〞5.4施工配合比水泥：m施工＝mc,2

砂子：m施工＝ms,2

（1+a%）石子：m施工＝mg,2

（1+b%）水：m施工＝mw,2－ms,2·a%－mg,2

·b%mc:ms:mg:mw=1:X:Y:Zmf=Mma=N

框架结构工程现浇钢筋混凝土梁（室内），混凝土设计强度等级为C30，施工要求混凝土坍落度为180±30mm，施工单位无历史统计资料。所用原材料情况如下：水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为

ρc＝3.10g/cm3，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08；砂：中砂，级配合格，砂子表观密度ρos＝3.10g/cm3

；石：5~30cm碎石，级配合格，石子表观密度ρog＝3.10g/cm3

。

①设计混凝土初步计算配合比

②若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为3%，石子含水率为1%，试计算混凝土施工配合比。混凝土配合比设计实例：

解：1.初步配合比（1）确定配制强度fcu,0∵

fcu,0＝30＜60∴fcu,0＝fcu,k+1.645δ＝30+1.645×5＝38.225

（2）确定水灰比W/C

由鲍罗米公式得其中：αa＝0.53αa＝0.2fce＝γc·fce,k＝1.08×42.5＝45.9∴

复核：考虑砼耐久性复核最大水灰比

∵0.56＜最大水灰比0.65∴W/C=0.56（3）确定用水量查表得mw,0=227.5kg/m3（4）确定水泥用量mc,0∵W/C=0.56mw,0=227.5∴

复核：考虑砼耐久性复核最小水泥用量